脊髄運動神経の成長円錐ガイドと軸索分岐の制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15500224
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経解剖学・神経病理学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 東海林 亙 東北大学, 加齢医学研究所, 助手 (40250831)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円); 2004年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2003年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
• キーワード: 神経回路 / 成長円錐 / 軸索ガイダンス / セマフォリン / neural network / growth cone / axon guidance / semaphorin / セマオホリン / ゼブラフィッシュ / 軸索分岐

研究概要

神経回路形成の過程において、最初に軸索を伸ばすパイオニアニューロンの伸展経路は、これにやや遅れて伸長する多様な神経軸索にとっても共通した重要な経路になることが知られている。ゼブラフィッシュの脊髄腹側では各分節に一細胞だけ生じる尾側一次運動神経(CaP)がこれに相当し、これが全ての運動神経軸索の共通経路を形成する役割を担っている。
私たちはこれまでに、反発性の軸索ガイド因子として知られるSema3Aが、脊髄運動神経のなかではCaPの軸索に対してのみ作用すること、さらにこの反発作用がCaPの共通経路に限られていることを報告してきた。本研究課題では、このような細胞種および発生段階によって異なる応答の特異性が、Sema3Aの受容体を構成するNrp-1の発現制御によって実現されていることを明らかにした。またこの遺伝子のプロモーター解析を行ない、複数のホメオドメイン転写因子がCaPでのnrp-1の発現に必須であることを発見した。
次に、Sema3AがどのようにCaP軸索を制御しているかをノックダウン胚を用いて解析した。Sema3Aは共通経路を取り囲むように発現し、さらに軸索の一時停止がおきる共通経路の終点部ではもっとも発現が少ない。これに対しsema3Aおよびnrp-1のノックダウン胚では、軸索の伸展経路異常と過剰な軸索側鎖がみられた。さらにin vivo imaging解析から、ノックダウン胚では軸索の全長にわたって多数のフィロポディアが生じ、これが発達して異常な数の軸索側鎖を形成すること、また、共通経路での軸索伸長の終点においては一時停止が起きなくなることを見いだした。すなわち、Sema3AのCaP軸索ガイダンスにおける役割として、(1)軸索の伸長経路の決定、(2)側鎖分岐の抑制、(3)共通経路終点でのポージングの制御、の3つが本研究により明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Repulsion and Attraction of Axons by Sema3D are Mediated by Different Neuropilins in vivo. (2004)
  • 著者名/発表者名: Wolman, M.A., Liu, Y., Tawarayama, H., Shoji, W., Halloran, M.C.
  • 雑誌名: J Neurosci 24 ページ: 8428-8435
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Vegfc is required for vascular development and endoderm morphogenesis in zebrafish. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ober EA, Olofsson B, Makinen T, Jin SW, Shoji W, Koh GY, Alitalo K, Stainier DY
  • 雑誌名: EMBO Rep. ページ: 78-84
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Reporter gene stimulation by MIDA1 through its DnaJ homology region. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, M, Inoue, T, Shoji W, Ikawa S, Obinata, M.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 324 ページ: 326-332
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Semaphorin3D guides retinal axons along the dorsal-ventral axis of the tectum. (2004)
  • 著者名/発表者名: Liu, Y., Berndt, J., Su, F., Tawarayama, H., Shoji, W., Kuwada, J.Y., Halloran, M.C.
  • 雑誌名: J Neurosci. 24 ページ: 310-318
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Repulsion and Attraction of Axons by Sema3D are Mediated by Different Neuropilins in vivo. (2004)
  • 著者名/発表者名: Wolman, M.A., Liu, Y., Tawarayama, H., Shoji, W., Halloran, M C.
  • 雑誌名: J Neurosci 24 ページ: 8428-8435
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Vegfc is required for vascular development and endoderm morphogenesis In zebrafish. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ober EA, Olofsson B, Makinen T, Jin SW, Shoji W, Koh GY, Alitalo K, Stainier DY.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 1 ページ: 78-84
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Vegfc is required for vascular development and endoderm morphogenesis in zebrafish. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ober EA, Olofsson B, Makinen T, Jin SW, Shoji W, Koh GY, Alitalo K, Stainier DY
  • 雑誌名: EMBO Rep. 1 ページ: 78-84
• [雑誌論文] Reduction of recipient macrophages by gadolinium chloride prevents development of obliterative airway disease in a rat model of heterotopic tracheal transplantation. (2003)
  • 著者名/発表者名: Oyaizu, T., Okada, Y., Shoji, W., Matsumura, Y., Shimada, K., Sado, T., Sato, M., Kondo, T.
  • 雑誌名: Transplantation 76 ページ: 1214-1220
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Semaphorin 3A1 regulates angioblast migration and vascular development in zebrafish embryos. (2003)
  • 著者名/発表者名: Shoji, W., Isogai, S., Sato-Maeda M., Obinata M., Kuwada, J.Y.
  • 雑誌名: Development 130 ページ: 3227-3236
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Reduction of recipient macrophages by gadolinium chloride prevents development of obliterative airway disease in a rat model of heterotopic tracheal transplantation (2003)
  • 著者名/発表者名: Oyaizu, T., Okada, Y., Shoji, W, Matsumura, Y., Shimada, K., Sado, T., Sato, M., Kondo, T.
  • 雑誌名: Transplantation 76 ページ: 1214-1220
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Liu Y, Berndt J, Su F, Tawarayama H, Shoji W, Kuwad TY, Halloran MC.: "Semaphorin3D guides retinal axons along the dorsoventral axis of the tectum"J Neurosci.. Jan 14:24(2). 310-318 (2004)
• [文献書誌] Ober EA, Olofsson B, Makinen T, Jim SW, Shoji W, Koh GY, Alitalo K, Stainier DY.: "Vegfc is required for vascular development and endoderm morphogenesis in zebrafish"EMBO Rep.. Jan;5(1). 78-84 (2004)
• [文献書誌] Oyaizu T, Okada Y, Shoji W, Matsumura Y, Shimada K, Sado T, Sato M, Kondo T.: "Reduction of recipient macrophages by gadolinium chloride prevents development of obliterative airway disease in a rat model of heterotopic tracheal transplantation"Transplantation. Oct 27;76(8). 1214-1220 (2003)
• [文献書誌] Shoji W, Isogai S, Sato-Maeda M, Obinata M, Kuwada JY.: "Semaphorin3al regulates angioblast migration and vascular development in zebrafish embryos"Development. Jul;130(14). 3227-3236 (2003)
• [文献書誌] Xiao T, Shoji W, Zhou W, Su F, Kuwada JY.: "Transmembrane sema4E guides branchiomotor axons to their targets in zebrafish"J Neurosci. May 15;23(10). 4190-4198 (2003)